Implementação da metodologia de avaliação de desempenho hidroenergético em software

A princípio, a ideia era apenas desenvolver metodologia para cálculo de perdas de água e de energia elétrica, bem como para avaliação de desempenho hidroenergético de SAA. Todavia, o eminente receio de que esses avanços fossem considerados pelo setor do saneamento como ferramenta apenas teórica e, dessa forma, não resultasse em soluções práticas com ampla utilização. Sendo assim, criou-se ferramenta computacional que traduzisse a mencionada metodologia em simplicidade, agilidade e confiabilidade.

Para orientar a criação do software foi utilizada Extreme Programming que é uma metodologia de desenvolvimento de projetos de software conhecida como metodologia ágil, fato que reduziu o processo de refatoração referentes a requisitos relacionados à interface e à usabilidade.

No processo de desenvolvimento foram identificados muitos requisitos para o software, dos quais uma parcela foi considerada imprescindível e outra foi descartada por não resultar em soluções efetivas diante das necessidades dos usuários. Nesse sentido, diferentemente do que ocorre nas empresas de projeto de software, não foi necessário consolidar relatório de especificação de requisitos, sendo os mesmos apresentados ao longo do texto.

O objetivo do software é realizar avaliação de desempenho hidroenergético de SAA, de forma fácil e com capacidade de gerar conjunto de informações sintetizadas em relatórios quantitativos e qualitativos para orientar a tomada de decisão de analistas operacionais, táticos e estratégicos do setor de saneamento. Para isso, a criação de ambiente computacional amigável foi premissa importante verificada no processo de desenvolvimento, principalmente, para proporcionar a rápida adaptação e fácil utilização da ferramenta por qualquer profissional do setor de saneamento.

O produto final é um software com capacidade de sobrepujar-se a problemas como quadro limitado de pessoal capacitado para realizar cálculos de perdas hidroenergéticas e avaliação de desempenho hidroenergético. Essas importantes atividades têm sido preteridas em detrimento de atividades operacionais, principalmente, ligadas à manutenção de infraestrutura.

Nesse sentido, levando em consideração a ampla utilização do pacote MS

Office, o software foi desenvolvido em planilha de Excel e customizado com uso do

Visual Basic for Applications. Foi necessária a criação de comandos personalizados por meio de botões, lista de itens e caixas de marcação para boa navegabilidade no ambiente computacional. O desenvolvimento do software no ambiente do Excel proporcionou, ainda, aproveitar a tecnologia touch screen de monitores, que combinada à ferramenta de zoom resultou em interface flexível e, portanto, humanizada com resoluções adaptáveis ao gosto do usuário.

Logo, surgiu a primeira restrição do software desenvolvido, pois o mesmo só poderá ser utilizado em máquinas onde o pacote Office foi previamente instalado e na versão Excel 2010 ou superior para confiabilidade de desempenho das funções criadas. Além disso, é importante ressaltar as configurações mínimas de máquinas para utilização do software que, no caso, são as mesmas informadas para a instalação do pacote Office 2010, no caso, processador de 500 MHz, 256 MB de memória RAM, 3.0 GB de espaço disponível em disco rígido, monitor com resolução de 1024x768. No entanto, é importante verificar essa orientação para versões mais recentes.

Na versão beta do software, a ausência de banco de dados específico foi suprimida pela potencialidade do uso das nuvens de dados on line que possibilitam armazenar qualquer informação necessária para software ou informação gerada pelo mesmo. Dessa forma, ficou claro ao longo do desenvolvimento que existiria dependência de conexão à internet para acesso a arquivos de banco de dados de diagnóstico de SAA e de simulação de SAA necessários para a metodologia.

Além disso, foi identificada necessidade de divisão do software desenvolvido em três ambientes distintos, separando as funções relacionadas à sistematização de dados brutos das funções relacionadas à avaliação do SAA propriamente dita:

- Módulo de arquivos: responsável por criar, por meio de comando do usuário, cópia em branco de arquivos para sistematização de dados brutos e por criar cópias em branco de arquivos para avaliação;

- Módulo de sistematização: responsável por sistematizar dados brutos de volumes de água e de consumo de energia elétrica, aplicando técnicas de estatística descritiva básica e de controle estatístico de processo, resultando em único valor de interesse de volumes de água ou de consumo de energia elétrica de única unidade de SAA (Manual no ANEXO B);

- Módulo de avaliação: responsável pela realização de todas as ações definidas na metodologia para avaliação simultânea de desempenho hidroenergético das unidades, das etapas e dos sistemas, limitando-se à capacidade de cadastro de unidades do mesmo (Manual no ANEXO C).

O módulo de avaliação foi concebido com capacidade de receber cadastro de até 500 unidades de SAA, ou seja, nele pode conter dados, por exemplo, de até 50 sistemas com 10 unidades cada ou 100 sistemas com 10 unidades cada, obedecendo sempre à regra de linhas de volumes de água e consumos de energia elétrica estabelecida na metodologia proposta (linha hidroenegética).

Foi possível desenvolver funcionalidade no módulo de avaliação para cadastrar dados de volumes de água e de consumo de energia elétrica por meio da importação direta desses valores a partir dos arquivos dos módulos de sistematização. Além disso, foi programada no módulo de avaliação a exibição de janelas informativas e de janelas de alertas a cada ação importante ao longo do uso do software desenvolvido.

Em relação transferência e arquivamento de resultados, foi desenvolvida no módulo de sistematização funcionalidade que permite a exportação de gráficos de comportamento de séries temporais com estatísticas descritivas básicas, exportação de cartas de controle para volumes de água e para consumos de energia elétrica, bem como criação de relatório de sistematização.

Um dos pontos chaves na concepção do módulo de avaliação foi programar funcionalidade que permite classificação dos desempenhos hidroenergéticos por meio de cores apresentados em formato dashboard, facilitando, então, a identificação visual de resultados de unidades, de etapas e de sistemas que requerem imediata atenção por performances aquém do esperado.

Além disso, funcionalidades que permitem a exportação de gráficos de volumes de água, de consumos de energia elétrica, bem como de indicadores hidroenergéticos, além de relatório tipo dashboard com valores de perdas de água, perdas de consumo de energia elétrica bem como avaliação de desempenho hidroenergético de todas as unidades, etapas e sistemas cadastrados foi desenvolvido para o módulo de avaliação.

Foram criados para os módulos de sistematização e de avaliação campos específicos para cadastro de informações de identificação dos usuários que têm responsabilidade técnica pelos relatórios gerados, as quais devem constar em qualquer relatório expresso pelo programa.

Por fim, visando consolidar o software desenvolvido, o qual implementa a metodologia desenvolvida, foi imperioso definir uma identidade ao mesmo e, dessa forma, foi batizado como SADHE2A, pronunciado “sádi 2 A”, que é a abreviação de “Sistema para Avaliação de Desempenho Hidroenergético de Abastecimento de Água”.

As funcionalidades, consolidadas ao longo do desenvolvimento do SADHE2A v. Beta, são apresentadas no diagrama de caso de uso, feito com a ferramenta Astah Community 7.0.0 e é observado na Figura 76a, onde existem três principais atores: decisor, analista operacional e analista de desempenho. Na Figura 76b é apresentado o fluxo de dados.

Figura 76: diagrama de casos de uso para SADHE2A v. Beta e fluxo de dados. a)

b)

SADHE2A

Perdas de água (m³/mês)

Perdas de energia elétrica (kWh/mês) Desempenho hidroenergético (%) Impacto fianceiro ($/mês) Volumes de água (m³/mês)

Consumo de energia elétrica (kWh/mês)

Metas de desempenho (%)

Tarifas de energia elétrica ($/kWh)

4.1.3.1. Módulo de Arquivos do SADHE2A

Na primeira utilização do SADHE2A v. Beta, uma janela de boas vindas, observada na Figura 77a, é apresentada por 7 segundos com o nome e logotipo do software. Depois disso, é apresentado módulo de arquivos, observado na Figura 77b, cuja interface possui campo indicado por “1” para digitação de sequência alfanumérica que dará nome ao arquivo a ser criado. A solicitação da criação do módulo de sistematização é feita apertando o botão identificado por “2” e a do módulo de avaliação apertando o botão indicado por “3”. Feita a solicitação de criação, surge janela para identificação de diretório, observada na Figura 77c, na qual é possível selecionar pasta em lista indicada por “4” ou criar nova pasta no botão indicado por “5”. Depois de confirmada criação do arquivo, surge janela com seu diretório e nome, indicados respectivamente por “6” e “7” na Figura 77d.

Figura 77: a) tela de boas vindas do SADHE2A v. Beta; b) criação de arquivos; c) diretório de arquivos; d) mensagem de confirmação de arquivos criados.

a) b) c) d) 1 2 3 4 7 6 5

4.1.3.2. Módulo de sistematização do SADHE2A

Ao abrir o módulo de sistematização, batizado como SADHE2A - sistematiza, é apresentada interface de acordo com a Figura 78, a qual foi dividida em quatro áreas, cada uma com botão específico para mostra-la e ocultá-la, indicados por “1”, no caso: “cabeçalho, “área de gráfico”, “estatística básica” e “dados hidroenergéticos”, conforme é apresentada na Figura 79.

Figura 78: SADHE2A – sistematiza – interface e botões para controles de acesso.

Figura 79: SADHE2A – sistematiza – visão geral. 1

4.1.3.3. Módulo de sistematização do SADHE2A

Ao abrir o módulo de avaliação, batizado como SADHE2A - avalia, é apresentada a interface de acordo com a Figura 80, a qual apresenta texto de informação sobre o programa, indicado por “1”, e o botão para iniciar o programa, indicado por “2”.

Figura 80: SADHE2A – avalia – Interface da tela de boas vindas.

Após apertar o botão iniciar, a interface principal do SADHE2A – avalia é apresentada, a qual contém barra de ferramentas, indicada por “1”, e área de trabalho e visualização de resultados, indicada por 2”.

Avançando telas no SADHE2A – avalia que seram mostradas no Anexo C da Tese (nas quais são cadastrados os dados necessários) são apresentados resultados das perdas de água para cada unidade, para cada etapa e para cada SAA cadastrado, nas medidas m³/mês (área indicada por “1”) e % (área indicada por “2”), conforme Figura 82. A avaliação propriamente dita é apresentada em Dashboard na área indicada por “3”, obedecendo a código de cores e classes estipuladas na tela anterior. Vale observar que o botão para impressão de relatório está ativado nessa tela em específico, conforme indicação “4”, ou seja, é possível imprimir o relatório do desempenho hidroenergético dos sistemas cadastrados, o que é feito por meio da janela de configuração de impressão verificada na Figura 82.

Figura 82: SADHE2A – avalia – Dashboard com avaliação do desempenho hidroenergético para volumes de água para o SAA-1.

Da mesma forma ocorre com os valores de consumos de energia elétrica tanto do SAA diagnosticado quanto do SAA referêcia. No caso, ao longo das telas do SADHE2A – avalia serão inseridos os dados necessários e no final serão apresentados os valores calculados de perdas de energia elétrica nas unidades, nas etapas e no SAA como um todo. Além disso, também é apresentado dashboard com classificação das perdas de energia elétrica no SAA avaliado.

Por fim, em tela específica de relatórios, ao apertar o botão “gerar gráfico” surge janela na qual são configuradas as opções dos gráficos resultantes da avaliação de desempenho hidroenergético de cada SAA (Figura 83a) que poderão ser gerados e exportados da mesma forma que os gráficos do módulo SADHE2A – sistematiza.

1 2 3

Dentre as opções de gráficos é possível destacar a funcionalidade de especificar gráficos com duas variáveis no mesmo eixo (Figura 83b) ou em dois eixos distintos (Figura 83c), o facilita a visualização de informações com grandezas muito distantes.

Figura 83: SADHE2A – avalia – Configuração de gráficos.

a)

b)

4.2 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA PARA AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO HIDROENERGÉTICO DO SAA GUANABARA

O sistema a ser utilizado para a aplicação da metodologia desenvolvida, como mencionado na seção 3.2.1, será o SAA Guamá/Bolonha/ZE/Guanabara ou, simplesmente, SAA Guanabara, do qual é apresentada a linha hidroenergética na Figura 84. Vale ressaltar que qualquer outra saída de volumes de água para setores que não seja para o mencionado será considerada exportação.

Figura 84: distribuição da água captada no Rio Guamá.

O setor de distribuição Guanabara, cujo projeto executivo data de 1996, possui população atendida para final de plano de 27.250 habitantes, com demanda calculada de 4.087,50 m³/dia, com vazão máxima diária de 56,77 l/s (204.37m³/h) e vazão máxima horária de 85,16 l/s (306,57m³/h) (horizonte de projeto de 20 anos, ou

seja, até 2016). Dentre os parâmetros utilizados no projeto executivo estão: consumo

per capita de 150 l/hab.dia, coeficiente de variação da demanda no dia de maior consumo (K1) igual a 1,2 e o coeficiente de variação da demanda na hora de maior consumo (K2) igual a 1,2 (PARÁ, 1998).

As unidades que compõe o setor Guanabara, apresentado na Figura 85, são: subadutora de ferro fundido dúctil 300 mm com 1.188 m de comprimento que é conectada à adutora; EAT Bolonha ZE – Cidade Nova; reservatório apoiado (RAP) de 850 m³ de volume; EAT Guanabara, com três conjuntos motor bomba, em sistema de operação 2+1; reservatório elevado (REL) com 500 m³ de volume; e rede de distribuição de água.

a) Subadutora Guanabara

A subadutora de ferro fundido dúctil de 300 mm de diâmetro, 1.188 m de extensão está conectada na adutora da EAT Bolonha/ZC, tendo registro de derivação instalado para realização de medições de vazão, observado na Fotografia 1, e registro de manobra manual para controlar a vazão afluente ao reservatório apoiado observado na Fotografia 2.

Fotografia 1: subadutora Guanabara. Fotografia 2: registro da subadutora.

b) Reservatório Apoiado (RAP)

O reservatório apoiado de concreto armado, observado na Fotografia 3, tem formato circular com 850 m³ de volume útil, altura total de 4,3 metros, altura útil de projeto de 3,8 metros e tubulação para extravasar o volume excedente instalada no nível máximo de água. Volume de entrada é controlado por manobra de registro na saída da subadutora, observada na Fotografia 4. As cotas do reservatório apoiado são observadas na Figura 86 e são relacionadas na Tabela 35.

Figura 86: esquema do Reservatório Apoiado.

Tabela 35: cotas do Reservatório Apoiado.

Local Cota (m)

Nível de Extravasamento 22,80

Nível máximo de água 22,80

Terreno 19,80

Nível mínimo de água 19,00

Fundo do RAP 18,50

Fonte: Pará, 1998.

c) Estação Elevatória de Água Tratada (EAT)

A EAT do setor Guanabara utiliza três conjuntos motor e bomba, observado na Fotografia 5, alimentados com energia do Centro de Comando de Motores (CCM), indicado na Fotografia 6, para recalcar água do reservatório apoiado para o reservatório elevado.

Os motores dos CMBs são de todos de indução trifásicos da WEG, com 60 cv de potência, com rotação a 1.775 RPM, com tensões nominais de operação de 220/440 V e com correntes nominais de operação de 14,8/8,6 A. As bombas são da marca IMBIL, o modelo é ITAP e a família é 125-330 1.750 rpm, observado na Figura 87. As placas de identificação são mostradas na Fotografia 7, Fotografia 8 e Fotografia 9 e as informações relacionadas na Tabela 36.

Figura 87: curva das bombas. Fotografia 7: placa de motor (CMB1).

Fotografia 8: placa de motor (CMB2).

Fotografia 9: placa de motor (CMB3).

Tabela 36: dados das placas de identificação dos motores elétricos.

Dados Motor 1 Motor 2 Motor 3

Potência (CV) 60 60 60

Tensão nominal (V) 440 440 440

Corrente Nominal (A) 72 70 74

Fator de Serviço 1,0 1,0 1,0

As instalações elétricas da EAT Guanabara são alimentadas por média tensão (13.8 kV), sendo rebaixada dentro do setor para baixa tensão nos níveis de 440/254V e 220/127V, sendo que 440/254V é o nível de tensão de alimentação dos CMBs.

O esquema de ligação dos três CMB da EAT do setor Guanabara pode ser observado pelo diagrama unifilar mostrado na Figura 88, no caso, os arranjo da alimentação do CBM1, CBM2 e CBM3 são indicados por I, II e III no barramento de 440V e é executado em painéis blindados cujo conjunto é chamado de centro de controle de motores (CCM).

Figura 88: diagrama Unifilar do CCM.

A Fotografia 10 apresenta o arranjo físico existente no período da pesquisa em um dos painéis do CCM para acionamento de um dos motores dos CMB, o qual é o mesmo para todos os outros da EAT. O CCM que comanda os motores possui painéis frontais com indicação da corrente elétrica, através de amperímetros de ponteiro, em cada uma das fases de cada um dos motores elétricos (Fotografia 11).

Fotografia 10: arranjo físico do acionamento de motor elétrico de CMB.

Fotografia 11: painel frontal do CCM do comando dos CMB 1, 2 e 3, indicados por B1, B2 e B3.

d) Reservatório Elevado (REL)

O reservatório elevado de concreto armado é circular, conforme observado na Fotografia 12, de capacidade de 500 m³, altura útil de 7,0 metros e com tubulação de 300 mm para extravasar o volume excedente instalada no nível máximo de água. A tubulação de saída do REL é de FoFo 400 mm de diâmetro, com registro instalado no mesmo compartimento dos CMB, observado na Fotografia 13. As cotas do reservatório elevado são observadas na Figura 89 e estão relacionadas na Tabela 37.

Fotografia 12: reservatório elevado. Fotografia 13: registro de controle.

Tabela 37: cotas do Reservatório Elevado.

Local Cota

Nível de Extravasamento 52,15

Nível máximo de água 52,15

Nível mínimo de água 45,15

Fundo do RE 45,15

Terreno 19,80

Fonte: Pará, 1998.

e) Rede de Distribuição de Água Potável (RDA)

A rede de distribuição de água teve área de abrangência modificada duas vezes em relação ao projeto executivo do Setor Guanabara. A primeira alteração ocorreu por razões administrativas, sendo a área de abastecimento de água potável reduzida pela transferência do limite da Passagem Haidee para a Alameda Moça Bonita, divisa entre os municípios Belém e Ananindeua. Os demais limites foram mantidos, conforme pode ser visto na Figura 90.

Figura 90: área de abastecimento alterada para o limite de Municípios Belém e Ananindeua.

Na segunda alteração foi aumentada a área de abastecimento do setor Guanabara, sendo transferido o limite da Alameda Moça Bonita para a Rua Euclides da Cunha, a qual é a área de abastecimento atual, conforme Figura 91.

Figura 91: área de abastecimento atual do Setor Guanabara.

Atualmente, a rede de distribuição não é setorizada no setor Guanabara, possibilitando que parte do volume de água distribuído passe dos seus limites geográficos. Atualmente, estão instaladas 1.436 ligações ativas no setor Guanabara, o que corresponde a 1.864 economias, conforme pode ser observado nas Tabela 38.

Tabela 38: ligações e economias de água por categoria no setor Guanabara.

Ligações Ativas Inativas Factíveis Potenciais Subtotal

Residenciais 1.380 1.431 1.371 173 4.355 Comerciais 43 67 136 5 251 Industriais 2 8 8 0 18 Públicas 11 0 2 2 15 Total 1.436 1.506 1.517 180 4.639 Fonte: COSANPA (2014).

Além disso, de acordo com técnicos da UN-BR, cerca de 700 economias da área adjacente gerenciada pela UN-NORTE são atendidas com água proveniente do Setor Guanabara, em razão da falta de setorização da rede de distribuição de água do setor Guanabara.